高中物理功和機械能知識點詳解
高中物理功和機械能知識點詳解
在物理中有很多知識點是比較的中啊喲的，在答題中也是經(jīng)?？嫉?，下面學(xué)習(xí)啦的小編將為大家?guī)砀咧形锢黻P(guān)于功和機械能的知識點的介紹，希望能夠幫助到大家。
高中物理功和機械能知識點
1功
定義式：W=F·s·cosθ，其中F是力，s是力的作用點位移(對地)，θ是力與位移間的夾角。
1.力學(xué)里所說的功包括兩個必要因素：一是作用在物體上的力;二是物體在力的方向上通過的距離。
(2)功的大小的計算方法：
?、俸懔Φ墓筛鶕?jù)W=F·S·cosθ進行計算，本公式只適用于恒力做功。②根據(jù)W=P·t，計算一段時間內(nèi)平均做功。③利用動能定理計算力的功，特別是變力所做的功。④根據(jù)功是能量轉(zhuǎn)化的量度反過來可求功。
2.不做功的三種情況：有力無距離、有距離無力、力和距離垂直。
鞏固：某同學(xué)踢足球，球離腳后飛出10m遠，足球飛出10m的過程中人不做功。(原因是足球靠慣性飛出)。
3.力學(xué)里規(guī)定：功等于力跟物體在力的方向上通過的距離的乘積。公式：W=FS。
(3)摩擦力、空氣阻力做功的計算：功的大小等于力和路程的乘積。
發(fā)生相對運動的兩物體的這一對相互摩擦力做的總功：W=fd(d是兩物體間的相對路程)，且W=Q(摩擦生熱)
4.功的單位：焦耳，1J=1N·m。把一個雞蛋舉高1m，做的功大約是0.5J。
5.應(yīng)用功的公式注意：①分清哪個力對物體做功，計算時F就是這個力;②公式中S一定是在力的方向上通過的距離，強調(diào)對應(yīng)。③功的單位“焦”(牛·米=焦)，不要和力和力臂的乘積(牛·米，不能寫成“焦”)單位搞混。
2功的原理
1.內(nèi)容：使用機械時，人們所做的功，都不會少于直接用手所做的功;即：使用任何機械都不省功。
2.說明：(請注意理想情況功的原理可以如何表述?)
?、俟Φ脑硎且粋€普遍的結(jié)論，對于任何機械都適用。
?、诠Φ脑砀嬖V我們：使用機械要省力必須費距離，要省距離必須費力，既省力又省距離的機械是沒有的。
?、凼褂脵C械雖然不能省功，但人類仍然使用，是因為使用機械或者可以省力、或者可以省距離、也可以改變力的方向，給人類工作帶來很多方便。
?、芪覀冏鲱}遇到的多是理想機械(忽略摩擦和機械本身的重力)理想機械：使用機械時，人們所做的功(FS)=直接用手對重物所做的功(Gh)。
3.應(yīng)用：斜面
?、倮硐胄泵妫盒泵婀饣?
?、诶硐胄泵孀駨墓Φ脑?
③理想斜面公式：FL=Gh，其中：F：沿斜面方向的推力;L：斜面長;G：物重;h：斜面高度。
如果斜面與物體間的摩擦為f，則：FL=fL+Gh;這樣F做功就大于直接對物體做功Gh。
3機械效率
(1)功率的概念：功率是表示力做功快慢的物理量，是標量。求功率時一定要分清是求哪個力的功率，還要分清是求平均功率還是瞬時功率。
1.有用功：定義：對人們有用的功。
公式：W有用=Gh(提升重物)=W總-W額=ηW總
斜面：W有用=Gh
2.額外功：定義：并非我們需要但又不得不做的功。
公式：W額=W總-W有用=G動h(忽略輪軸摩擦的動滑輪、滑輪組)
斜面：W額=fL
(2)功率的計算①平均功率：P=W/t(定義式)表示時間t內(nèi)的平均功率，不管是恒力做功，還是變力做功，都適用。②瞬時功率：P=F·v·cosα P和v分別表示t時刻的功率和速度，α為兩者間的夾角。
3.總功：定義：有用功加額外功或動力所做的功
公式：W總=W有用+W額=FS= W有用/η
斜面：W總= fL+Gh=FL
(3)額定功率與實際功率：額定功率：發(fā)動機正常工作時的最大功率。實際功率：發(fā)動機實際輸出的功率，它可以小于額定功率，但不能長時間超過額定功率。
(4)交通工具的啟動問題通常說的機車的功率或發(fā)動機的功率實際是指其牽引力的功率。
①以恒定功率P啟動：機車的運動過程是先作加速度減小的加速運動，后以最大速度vm=P/f作勻速直線運動。
?、谝院愣恳啟動：機車先作勻加速運動，當(dāng)功率增大到額定功率時速度為v1=P/F，而后開始作加速度減小的加速運動，最后以最大速度vm=P/f作勻速直線運動。
4.機械效率：①定義：有用功跟總功的比值。
?、诠剑?/p>
斜 面：
定滑輪：
動滑輪：
滑輪組：
?、塾杏霉傂∮诳偣?，所以機械效率總小于1。通常用百分數(shù)表示。某滑輪機械效率為60%表示有用功占總功的60%。
?、芴岣邫C械效率的方法：減小機械自重、減小機件間的摩擦。
5.機械效率的測量：
?、僭恚?/p>
?、趹?yīng)測物理量：鉤碼重力G、鉤碼提升的高度h、拉力F、繩的自由端移動的距離S。
③器材：除鉤碼、鐵架臺、滑輪、細線外還需刻度尺、彈簧測力計。
?、懿襟E：必須勻速拉動彈簧測力計使鉤碼升高，目的：保證測力計示數(shù)大小不變。
?、萁Y(jié)論：影響滑輪組機械效率高低的主要因素有：
A、動滑輪越重，個數(shù)越多則額外功相對就多。
B、提升重物越重，做的有用功相對就多。
C、摩擦，若各種摩擦越大做的額外功就多。
繞線方法和重物提升高度不影響滑輪機械效率。
4功率
1.定義：單位時間里完成的功。
2.物理意義：表示做功快慢的物理量。
3.公式：
4.單位：主單位W;常用單位kW mW 馬力。
換算：1kW=103W 1mW=106 W 1馬力=735W。
某小轎車功率66kW，它表示：小轎車1s內(nèi)做功66000J。
5.機械效率和功率的區(qū)別：
功率和機械效率是兩個不同的概念。功率表示做功的快慢，即單位時間內(nèi)完成的功;機械效率表示機械做功的效率，即所做的總功中有多大比例的有用功。
5動能和勢能
1.能量：一個物體能夠做功，我們就說這個物體具有能。
理解：①能量表示物體做功本領(lǐng)大小的物理量;能量可以用能夠做功的多少來衡量。
?、谝粋€物體“能夠做功”并不是一定“要做功”也不是“正在做功”或“已經(jīng)做功”。如：山上靜止的石頭具有能量，但它沒有做功。也不一定要做功。
2.知識結(jié)構(gòu)：
6動能
物體由于運動而具有的能量叫做動能。表達式：Ek=mv2/2
(1)動能是描述物體運動狀態(tài)的物理量。
(2)動能和動量的區(qū)別和聯(lián)系
?、賱幽苁菢肆?，動量是矢量，動量改變，動能不一定改變;動能改變，動量一定改變。
?、趦烧叩奈锢硪饬x不同：動能和功相聯(lián)系，動能的變化用功來量度;動量和沖量相聯(lián)系，動量的變化用沖量來量度。③兩者之間的大小關(guān)系為EK=P2/2m
7重力勢能
(1)定義：地球上的物體具有跟它的高度有關(guān)的能量，叫做重力勢能， 。
①重力勢能是地球和物體組成的系統(tǒng)共有的，而不是物體單獨具有的。②重力勢能的大小和零勢能面的選取有關(guān)。③重力勢能是標量，但有"+"、"-"之分。
(2)重力做功的特點：重力做功只決定于初、末位置間的高度差，與物體的運動路徑無關(guān)。WG=mgh。
(3)做功跟重力勢能改變的關(guān)系：重力做功等于重力勢能增量的負值。即 。
3.探究決定動能大小的因素：
①猜想：動能大小與物體質(zhì)量和速度有關(guān)。
實驗研究：研究對象：小鋼球 方法：控制變量。
·如何判斷動能大小：看小鋼球能推動木塊做功的多少。
·如何控制速度不變：使鋼球從同一高度滾下，則到達斜面底端時速度大小相同。
·如何改變鋼球速度：使鋼球從不同高度滾下。
?、鄯治鰵w納：保持鋼球質(zhì)量不變時結(jié)論：運動物體質(zhì)量相同時;速度越大動能越大。
保持鋼球速度不變時結(jié)論：運動物體速度相同時;質(zhì)量越大動能越大;
?、艿贸鼋Y(jié)論：物體動能與質(zhì)量和速度有關(guān);速度越大動能越大，質(zhì)量越大動能也越大。
8機械能守恒定律
機械能：動能和勢能統(tǒng)稱為機械能。
(1)動能和勢能(重力勢能、彈性勢能)統(tǒng)稱為機械能，E=Ek+Ep。
(2)機械能守恒定律的內(nèi)容：在只有重力(和彈簧彈力)做功的情形下，物體動能和重力勢能(及彈性勢能)發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機械能的總量保持不變。
(3)機械能守恒定律的表達式
(4)系統(tǒng)機械能守恒的三種表示方式：
?、傧到y(tǒng)初態(tài)的總機械能E1等于末態(tài)的總機械能E2，即E1=E2
?、谙到y(tǒng)減少的總重力勢能ΔEP減等于系統(tǒng)增加的總動能ΔEK增，即ΔEP減=ΔEK增
③若系統(tǒng)只有A、B兩物體，則A物體減少的機械能等于B物體增加的機械能，即ΔEA減=ΔEB增
[注意]解題時究竟選取哪一種表達形式，應(yīng)根據(jù)題意靈活選取;需注意的是：選用①式時，必須規(guī)定零勢能參考面，而選用②式和③式時，可以不規(guī)定零勢能參考面，但必須分清能量的減少量和增加量。
(5)判斷機械能是否守恒的方法
①用做功來判斷：分析物體或物體受力情況(包括內(nèi)力和外力)，明確各力做功的情況，若對物體或系統(tǒng)只有重力或彈簧彈力做功，沒有其他力做功或其他力做功的代數(shù)和為零，則機械能守恒。
②用能量轉(zhuǎn)化來判定：若物體系中只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化而無機械能與其他形式的能的轉(zhuǎn)化，則物體系統(tǒng)機械能守恒。
?、蹖σ恍├K子突然繃緊，物體間非彈性碰撞等問題，除非題目特別說明，機械能必定不守恒，完全非彈性碰撞過程機械能也不守恒。
理解：①有動能的物體具有機械能;②有勢能的物體具有機械能;③同時具有動能和勢能的物體具有機械能。
9動能和勢能的轉(zhuǎn)化
1.知識結(jié)構(gòu)：
2.動能和重力勢能間的轉(zhuǎn)化規(guī)律：
?、儋|(zhì)量一定的物體，如果加速下降，則動能增大，重力勢能減小，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能。
②質(zhì)量一定的物體，如果減速上升，則動能減小，重力勢能增大，動能轉(zhuǎn)化為重力勢能。
3.動能與彈性勢能間的轉(zhuǎn)化規(guī)律：
①如果一個物體的動能減小，而另一個物體的彈性勢能增大，則動能轉(zhuǎn)化為彈性勢能。
?、谌绻粋€物體的動能增大，而另一個物體的彈性勢能減小，則彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能。
10動能與勢能轉(zhuǎn)化問題分析
?、攀紫确治鰶Q定動能大小的因素，決定重力勢能(或彈性勢能)大小的因素──看動能和重力勢能(或彈性勢能)如何變化。
?、七€要注意動能和勢能相互轉(zhuǎn)化過程中的能量損失和增大──如果除重力和彈力外沒有其他外力做功(即：沒有其他形式能量補充或沒有能量損失)，則動能勢能轉(zhuǎn)化過程中機械能不變。
?、穷}中如果有“在光滑斜面上滑動”則“光滑”表示沒有能量損失──機械能守恒;“斜面上勻速下滑”表示有能量損失──機械能不守恒。
11水能和風(fēng)能的利用
1.知識結(jié)構(gòu)：
2.水電站的工作原理：利用高處的水落下時把重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，水的一部分動能轉(zhuǎn)移到水輪機，利用水輪機帶動發(fā)電機把機械能轉(zhuǎn)化為電能。
12能量和動量的綜合運用
動量與能量的綜合問題，是高中力學(xué)最重要的綜合問題，也是難度較大的問題。分析這類問題時，應(yīng)首先建立清晰的物理圖景，抽象出物理模型，選擇物理規(guī)律，建立方程進行求解。這一部分的主要模型是碰撞。而碰撞過程，一般都遵從動量守恒定律，但機械能不一定守恒，對彈性碰撞就守恒，非彈性碰撞就不守恒，總的能量是守恒的，對于碰撞過程的能量要分析物體間的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)換。從而建立碰撞過程的能量關(guān)系方程。根據(jù)動量守恒定律和能量關(guān)系分別建立方程，兩者聯(lián)立進行求解，是這一部分常用的解決物理問題的方法。
高中物理功和能的公式介紹
功和能(功是能量轉(zhuǎn)化的量度)
1.功：W=Fscosα(定義式){W：功(J)，F(xiàn)：恒力(N)，s：位移(m)，α：F、s間的夾角｝
2.重力做功：Wab=mghab{m：物體的質(zhì)量，g=9.8m/s2≈10m/s2，hab：a與b高度差(hab=ha-hb)}
3.電場力做功：Wab=qUab{q：電量(C)，Uab：a與b之間電勢差(V)即Uab=φa-φb｝
4.電功：W=UIt(普適式){U：電壓(V)，I：電流(A)，t：通電時間(s)｝
5.功率：P=W/t(定義式){P：功率[瓦(W)]，W：t時間內(nèi)所做的功(J)，t：做功所用時間(s)｝
6.汽車牽引力的功率：P=Fv;P平=Fv平{P：瞬時功率，P平：平均功率}
7.汽車以恒定功率啟動、以恒定加速度啟動、汽車最大行駛速度(vmax=P額/f)
8.電功率：P=UI(普適式){U：電路電壓(V)，I：電路電流(A)｝
9.焦耳定律：Q=I2Rt{Q：電熱(J)，I：電流強度(A)，R：電阻值(Ω)，t：通電時間(s)｝
10.純電阻電路中I=U/R;P=UI=U2/R=I2R;Q=W=UIt=U2t/R=I2Rt
11.動能：Ek=mv2/2{Ek：動能(J)，m：物體質(zhì)量(kg)，v：物體瞬時速度(m/s)｝
12.重力勢能：EP=mgh{EP：重力勢能(J)，g：重力加速度，h：豎直高度(m)(從零勢能面起)｝
13.電勢能：EA=qφA{EA：帶電體在A點的電勢能(J)，q：電量(C)，φA：A點的電勢(V)(從零勢能面起)｝
14.動能定理(對物體做正功，物體的動能增加)：
W合=mvt2/2-mvo2/2或W合=ΔEK
{W合：外力對物體做的總功，ΔEK：動能變化ΔEK=(mvt2/2-mvo2/2)｝
15.機械能守恒定律：ΔE=0或EK1+EP1=EK2+EP2也可以是mv12/2+mgh1=mv22/2+mgh2
16.重力做功與重力勢能的變化(重力做功等于物體重力勢能增量的負值)WG=-ΔEP
注：
(1)功率大小表示做功快慢，做功多少表示能量轉(zhuǎn)化多少;
(2)O0≤α<90O做正功;90O<α≤180O做負功;α=90o不做功(力的方向與位移(速度)方向垂直時該力不做功);
(3)重力(彈力、電場力、分子力)做正功，則重力(彈性、電、分子)勢能減少
(4)重力做功和電場力做功均與路徑無關(guān)(見2、3兩式);(5)機械能守恒成立條件：除重力(彈力)外其它力不做功，只是動能和勢能之間的轉(zhuǎn)化;(6)能的其它單位換算：1kWh(度)=3.6×106J，1eV=1.60×10-19J;*(7)彈簧彈性勢能E=kx2/2，與勁度系數(shù)和形變量有關(guān)。
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